(57)【要約】  ニッケルとチタンとの合金又はニッケルとチタンとの混合物から構成される開放多孔質構造を有する構成要素を含むデバイス。デバイスは、哺乳動物の体内に植え込まれ得、且つタンパク質、血液、イオン、骨細胞及び組織との所望の相互作用を提供し得る。デバイスは、骨の内部成長のための基材を提供するのに特に有用である。開孔構造において、好ましくは、孔の９５％超は、５０〜１０００ｐｍ、特に５０〜６００μｍのサイズを有し、孔サイズ標準偏差は、２５０μｍ以下、特に１５０ｐｍ以下であり、及び平均体積気孔率は、４０〜８０％である。デバイスが海綿骨に隣接して植え込まれる場合、多孔質構成要素は、好ましくは、０．１〜１．２ＧＰａの弾性率を有する。デバイスが皮質骨に隣接して植え込まれる場合、多孔質構成要素は、好ましくは、１６〜２４ＧＰａの弾性率を有する。デバイスは、液体を濾過するためにも有用である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成要素であって、
（１）３０〜７０原子％のチタン及び７０〜３０原子％のニッケルを含むニッケルとチタンとの合金から構成され、且つ
（２）開放多孔質構造を有し、前記孔の９５％超は、５０〜１０００μｍのサイズを有する、構成要素を含むデバイス。
【請求項２】
前記合金は、４８〜５２原子％のチタン及び５２〜４８原子％のニッケルを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
平均孔サイズは、１００〜６００μｍであり、孔サイズ標準偏差は、２５０μｍ以下であり、及び平均体積気孔率は、４０〜８０％である、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記構成要素は、０．１〜４０ＧＰａの弾性率を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
４０ＭＰａを超える引張力に耐えることができる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
（ｉ）多孔質ではなく、且つ（ｉｉ）金属又は高分子組成物、好ましくはＰＥＥＫに基づく高分子組成物から構成される第２の構成要素を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
（１）（ｉ）多孔質ではなく、且つ（ｉｉ）高分子組成物から構成される第２の構成要素を含み、且つ
（２）体温未満の温度で第１の形状を有し、且つ体温まで加熱されると第２の形状に自発的に変化する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の構成要素は、体温未満の温度で第１の形状を有し、且つ体温まで加熱されると第２の形状に自発的に変化する、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
ニッケル粉末とチタン粉末とを含む混合物を燃焼合成（ＣＳ）又は自己伝播型高温合成（ＳＨＳ）によって反応させることを含む、請求項１に記載のデバイスを調製する方法。
【請求項１０】
前記混合物は、ナノ結晶ＮｉＴｉ、タンタル、ニオブ、マグネシウム、コバルト、クロム、鉄及びモリブデンの１つ以上を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記混合物は、塩化ナトリウム、炭酸水素アンモニウム又は尿素の１つ以上を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
哺乳動物の体を修正する方法であって、請求項１に記載の多孔質ニッケル−チタン構成要素を含むデバイスを前記体内に植え込むことを含む方法。
【請求項１３】
前記多孔質ニッケル−チタン構成要素は、海綿骨に隣接して植え込まれ、且つ０．１〜１．２ＧＰａの弾性率を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記多孔質ニッケル−チタン構成要素は、皮質骨に隣接して植え込まれ、且つ１６〜２４ＧＰａの弾性率を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
液体を濾過する方法であって、請求項１に記載のデバイスの前記多孔質ニッケル−チタン構成要素を通して前記液体を通過させることを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、Ｈｏｋｕｔｏ  Ａｉｈａｒａ、Ｊｏｈｎ  Ｚｉｄｅｒ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｂ  Ｚｉｄｅｒ、Ｇａｒｙ  Ｓ  Ｆａｎｔｏｎ、Ｓｃｏｔｔ  Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ及びＴｈｏｍａｓ  Ｄｕｅｒｉｇによって２０１６年７月５日に出願された米国仮特許出願第６２／３５８，４０７号明細書の優先権及び利益を主張する。本出願の全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、哺乳動物の体に植え込まれ得る多孔質デバイスに関する。デバイスは、フィルタとしても有用であり得る。本発明は、このようなデバイスの調製及び使用を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
その第１の態様において、本発明は、哺乳動物の体内に植え込まれ得、且つタンパク質、血液、イオン、骨細胞及び組織との所望の相互作用を提供し得るデバイスを提供する。特に、デバイスは、骨の成長のための基材を提供するのに有用である。同様のデバイスは、流れ制御器としても有用である。
【０００４】
その第１の態様において、本発明は、構成要素であって、（１）ニッケルとチタンとの合金から構成され、且つ（２）開放多孔質構造を有し、孔の９５％超、好ましくは９８％超は、５０〜１０００μｍ、好ましくは５０〜６００μｍ、特に１００〜５００μｍ、特に２００〜２５０μｍのサイズを有する、構成要素を含むデバイスを提供する。平均孔サイズは、好ましくは、１００〜６００μｍである。多孔質構造は、好ましくは、２５０μｍ以下、特に１５０μｍ以下の孔サイズ標準偏差を有する。いくつかの実施形態では、多孔質構造体は、１〜９０％、他の実施形態では１０〜９０％、他の実施形態では２０〜９０％、他の実施形態では４０〜８０％、他の実施形態では６０〜８０％、及び好ましくは４０〜６０％の平均体積気孔率を有する。
【０００５】
ニッケル−チタン構成要素の毛管現象は、外部から水力（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｆｏｒｃｅ）を加える必要なく、通路ネットワークへの所望の流体物質及び栄養素の輸送並びに構造体内における流体物質の保持を促進することから有利である。
【０００６】
構成要素が哺乳動物の体内で海綿骨又は皮質骨に隣接して配置される場合、構成要素の開気孔構造は、構成要素への骨の内部成長を促進する。哺乳動物の体の例は、ヒト並びにイヌ及びウマを含む動物である。
【０００７】
ニッケルとチタンとの合金は、３０〜７０原子％のチタン及び７０〜３０原子％のニッケル、例えば約４８〜５２原子％のチタン及び約５２〜４８原子％のニッケル、例えば約５０原子％のチタン及び約５０原子％のニッケル、好ましくは４９原子％のチタン及び５１原子％のニッケルを含む。約４９原子％のチタン及び約５１原子％のニッケルから本質的になる合金は、本明細書ではニチノールと呼ばれる。本明細書において、ニチノールから構成される構成要素の製造若しくは改質又はニチノールから構成される構成要素の使用について記載する場合、記載は、上述の他のニッケルとチタンとの合金から構成される構成要素にも適用可能である。合金は、好ましくは、本発明の多孔質構成要素の価値を大きく損なわない他の原材料を含まないが、それを含むことができる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、構成要素は、好ましくは、骨との融和性があるように選択された弾性率、例えば０．１〜４０ＧＰａ、例えば０．１〜２４ＧＰａ又は０．１〜２０ＧＰａ、いくつかの場合には０．１〜５．０ＧＰａ、例えば０．４〜２．０ＧＰａを有する。いくつかの実施形態では、構成要素は、０．１〜２．０の摩擦係数を有する。いくつかの実施形態では、構成要素は、５ＭＰａを超える、他の実施形態では４０ＭＰａを超える、他の実施形態では１００ＭＰａを超える引張力に耐えることができる。一部の実施形態では、構成要素は、約１ＭＰａを超える、他の実施形態では８００ＭＰａを超える圧縮力に耐えることができる。
【０００９】
本発明の多孔質構成要素は、実質的に固体金属又はプラスチック製の同様の形状の構成要素に比べて向上した耐衝撃性を有することができる。例えば、構成要素は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）製の同様の形状のデバイスの耐衝撃性の３分の１少ない耐衝撃性を有することができる。
【００１０】
本発明のいくつかのデバイスは、第１及び第２の多孔質構成要素（このそれぞれは、上に定義したとおりである）を含み、これらは、互いに取り付けられ、且つ例えば平均孔サイズ、及び／又は弾性率、及び／又は摩擦係数が互いに異なる。本発明の他のデバイスは、上に定義した第１の多孔質構成要素と、（ａ）上に定義した多孔質構成要素ではなく、且つ（ｂ）第１の多孔質構成要素に取り付けられている第２の多孔質構成要素とを含む。第２の多孔質構成要素は、第１の構成要素よりも大きい平均孔サイズ又は第１の構成要素よりも小さい平均孔サイズを有することができる。
【００１１】
本発明のいくつかのデバイスは、上に定義した第１の多孔質構成要素と、デバイスの強度を増加させ、且つ多孔質であっても多孔質でなくてもよい第２のより剛性の高い構成要素とを含む。第２の構成要素は、例えば、金属又は高分子組成物から構成され得る。
【００１２】
多孔質タンタル及び多孔質チタンで構成される構成要素は、非常に剛性が高く、その結果、骨の成長のために満足でない基材を提供する。本発明の多孔質ニッケルチタン構成要素は、骨の成長のために改良された基材を提供する。更に、以下で更に記載するように、（１）いくつかの実施形態では、本発明のデバイスは、植え込み後、デバイスが哺乳動物の体の温かさによって加熱されたときの形状の自発的変化によって形状を変化させる機能を有し、（２）他の実施形態では、デバイスは、腔に植え込まれた後にそれが拡張することを可能にするのに十分な弾性を有し、例えば、デバイスの外側足場は、ばねのような状態で拡張して腔の幾何学的形状のあらゆる異常に適応することができる非常に弱い高度に多孔質の表面を有することができる。
【００１３】
その第２の態様において、本発明は、本発明の第１の態様による多孔質ニッケル−チタンデバイスを製造する方法を提供する。
【００１４】
その第３の態様において、本発明は、本発明の第１の態様による多孔質ニッケル−チタン構成要素を含むデバイスを体内に植え込むことによって哺乳動物の体を修正する方法を提供する。
【００１５】
その第４の態様において、本発明は、液体を濾過する方法であって、本発明の第１の態様による多孔質ニッケル−チタン構成要素を含むデバイスを通して液体を通過させることを含む方法を提供する。
【００１６】
本発明を添付の例示的な図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
［図１Ａ及び図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂ、図１４Ａ及び図１４Ｂ、図１７Ａ及び図１７Ｂ並びに図２０Ａ及び図２０Ｂ］本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図１Ａ−１Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図２Ａ−２Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図３Ａ−３Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図４】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図５Ａ−５Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図６Ａ−６Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図７Ａ−７Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図８】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図９】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図１２】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図１３】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図１４Ａ−１４Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図１５】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図１６】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図１７Ａ−１７Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【図１８】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図１９】本発明の他のデバイスの斜視図である。
【図２０Ａ−２０Ｂ】本発明の種々のデバイスのそれぞれ斜視図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記の本発明の概要、本発明の詳細な説明、実施例及び以下の特許請求の範囲並びに添付の図面において、本発明の特定の特徴について述べる。これらの特徴は、例えば、構成要素、原材料、要素、デバイス、装置、システム、群、範囲、方法の工程、試験結果及びプログラム命令を含む命令であり得る。本明細書における本発明の開示は、このような特定の特徴の可能な全ての組み合わせを含むと理解されるべきである。例えば、本発明の特定の態様若しくは実施形態、又は特定の請求項、又は特定の記載、又は特定の図の観点から特定の特徴が開示される場合、その特徴はまた、他の特定の態様、実施形態、請求項及び図と組み合わせて、且つ／又は他の特定の態様、実施形態、請求項及び図の観点から並びに全般的に本発明において、文脈においてその可能性が除外される場合を除いて使用することができる。
【００１９】
本明細書及び特許請求の範囲に開示される本発明は、本明細書に具体的に記載されない実施形態を含み、例えば、本明細書に具体的に記載されないものの、本明細書に具体的に開示される特徴と同一であるか、均等であるか、又は類似する機能を提供する特徴を用いることができる。
【００２０】
用語「含む」及びその文法的均等物は、本明細書では、具体的に示される特徴に加えて、他の特徴が任意に存在することを意味するために用いられる。例えば、構成要素Ａ、Ｂ及びＣを「含んでいる」（又は「含む」）組成物又はデバイスは、構成要素Ａ、Ｂ及びＣのみを含むことができるか、又は構成要素Ａ、Ｂ及びＣだけでなく１つ以上の他の構成要素も含むことができる。
【００２１】
用語「から本質的になる」及びその文法的均等物は、本明細書では、具体的に示される特徴に加えて、特許請求される本発明を著しく変更しない他の特徴が存在し得ることを意味するために用いられる。
【００２２】
後に数が続く用語「少なくとも」は、本明細書では、その数から始まる範囲（定義される変数に応じて、上限を有するか又は上限を有しない範囲であり得る）の始点を示すために用いられる。例えば、「少なくとも１つ」は、１つ又は１つを超えることを意味し、「少なくとも８０％」は、８０％又は８０％を超えることを意味する。
【００２３】
数が後に続く用語「最大で」は、本明細書では、その数で終わる範囲（定義される変数に応じて、その下限として１若しくは０を有する範囲又は下限を有しない範囲であり得る）の終点を示すために用いられる。例えば、「最大で４つ」は、４つ又は４つ未満を意味し、「最大で４０％」は、４０％又は４０％未満を意味する。範囲が「（第１の数）から（第２の数）」又は「（第１の数）〜（第２の数）」として与えられる場合、これは、その下限が第１の数であり、その上限が第２の数である範囲を意味する。用語「複数の（ｐｌｕｒａｌ）」、「複数の（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）」、「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」及び「複数（ｍｕｌｔｉｐｌｉｃｉｔｙ）」は、本明細書では、２つ又は２つより多い特徴を示すために用いられる。
【００２４】
本明細書において、２つ以上の定義される工程を含む方法について述べる場合、定義される工程は、任意の順序で又は同時に実施することができ（文脈でその可能性を除外する場合を除く）、方法は、文脈でその可能性を除外する場合を除き、定義される工程のいずれかの前に、定義される工程の２つの間に、又は定義される全工程後に実施される１つ以上の他の工程を任意に含むことができる。
【００２５】
本明細書において、「第１の」特徴及び「第２の」特徴について述べる場合、文脈で特に必要とされない限り、これは、一般に、識別目的で行うものであり、第１の特徴と第２の特徴とは、同一であるか又は異なることができ、第１の特徴への参照は、第２の特徴が必ずしも存在することを意味しない（しかし、第２の特徴は、存在し得る）。
【００２６】
本明細書において、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」特徴について述べる場合、これは、２つ以上のそのような特徴がある可能性（文脈でその可能性を除外する場合を除く）を含む。したがって、単一のそのような特徴があり得るか、又は複数のそのような特徴があり得る。本明細書において、２つ以上の特徴について述べる場合、これは、文脈でその可能性を除外する場合を除き、２つ以上の特徴が、同一の機能を提供するより少数又はより多数の特徴に置換される可能性を含む。
【００２７】
本明細書に記載される数は、その状況及び表現に適した範囲で解釈されるべきであり、例えば、各数は、本明細書の出願日付で当業者が従来使用している方法によって測定され得る精度に応じて変動する。
【００２８】
本明細書において、用語「及び／又は」は、「及び／又は」の前及び後に記載される２つの可能性のいずれか又は両方の存在を意味するために用いられる。可能性は、例えば、構成要素、原材料、要素、デバイス、装置、システム、群、範囲及び工程であり得る。例えば、「物品Ａ及び／又は物品Ｂ」は、３つの可能性、即ち（１）物品Ａのみが存在すること、（２）物品Ｂのみが存在すること、及び（３）物品Ａ及び物品Ｂの両方が存在することを開示する。
【００２９】
本明細書において２つ以上の特定の副成分「からなる群から選択される」成分について述べる場合、選択される成分は、特定の副成分の１つ又は特定の副成分の２つ以上の混合物であり得る。
【００３０】
本明細書の請求項内の任意の要素は、３５  ＵＳＣ  １１２の規定に基づき、その構造、材料又は行為を請求項内に規定することなく、特定の機能を実行する手段又は工程として表現される組合せに係る請求項の要素であると考えられ、本明細書に記載された対応する構造、材料又は行為及びその均等物を権利範囲とするように解釈される場合、対応する構造、材料又は行為は、本明細書に明示的に記載される対応する構造、材料又は行為、並びにこのような構造、材料又は行為の均等物のみならず、参照により本明細書に援用される米国特許文献に記載されているこのような構造、材料又は行為及びこのような構造、材料又は行為の均等物も含む。同様に、本出願の請求項内の任意の要素（「手段」という用語を特に使用しないが）が、その構造、材料又は行為を請求項内に規定することなく、特定の機能を実行する手段又は工程という用語の均等物として適切に考えられる場合、対応する構造、材料又は行為は、本明細書に明示的に記載される対応する構造、材料又は行為、並びにこのような構造、材料又は行為の均等物のみならず、参照により本明細書に援用される米国特許文献に記載されているこのような構造、材料又は行為及びこのような構造、材料又は行為の均等物も含む。
【００３１】
本明細書は、本明細書で参照するあらゆる文献及び本明細書とともに公衆の閲覧に付された文献を含むが、これに限定されない、本明細書と同時に出願された又は本出願に関連して以前に出願されたあらゆる文献を参照により援用する。
【００３２】
多孔質ニッケルチタン構成要素の性質
ニッケル−チタン構成要素の弾性率及び他の性質は、骨が内部成長することができる基材を構成要素が提供するように、骨との融和性があるように選択され得る。使用において、本発明のデバイスは、好ましくは、多孔質ニッケルチタン構成要素の表面が海綿骨又は皮質骨に隣接するように哺乳類に植え込まれる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、構成要素は、約０．１ＧＰａ〜約４０ＧＰａ、他の実施形態では約０．１ＧＰａ〜約２０ＧＰａ、他の実施形態では約０．１ＧＰａ〜約５．０ＧＰａ、他の実施形態では約０．４ＧＰａ〜約２．０ＧＰａの弾性率（Ｍ）を有する。海綿骨は、異方性の孔構造、０．００１〜１．５２１ＧＰａの弾性率及び３０〜９０％の気孔率を有する。皮質骨は、海綿骨よりも高密度であり、１４〜２０ＧＰａの弾性率及び５〜３０％の気孔率を有する。
【００３４】
好ましくは、少なくとも海綿骨又は皮質骨に隣接する構成要素の表面は、海綿骨又は皮質骨の弾性率と同様の弾性率を有する。構成要素は、好ましくは、海綿骨又は皮質骨の弾性率の約０．６〜約１．４倍、好ましくは０．８〜１．２倍の弾性率を有する。構成要素が、約１．０ＧＰａの弾性率を有する海綿骨に隣接して植え込まれる場合、海綿骨に隣接する構成要素の表面は、好ましくは、約０．６〜１．４ＧＰａ、特に約０．８〜１．２ＧＰａの弾性率を有する。構成要素が、約２０ＧＰａの弾性率を有する皮質骨に隣接して植え込まれる場合、皮質骨に隣接する構成要素の表面は、好ましくは、約１２〜２８ＧＰａ、特に約１６〜２４ＧＰａの弾性率を有する。対照的に、ステンレス鋼及びチタンなどの従来の金属は、それぞれ２１０ＧＰａ以下及び１１０ＧＰａの弾性率を示す。
【００３５】
多孔質ニッケルチタン構成要素は、衝突又は衝撃荷重を受ける関節にとって有用であり得、且つ周囲組織を損傷から保護し、より良好な治癒の促進を補助する減衰性を呈し得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、構成要素は、約０．１〜約２．０の摩擦係数を有する。いくつかの実施形態では、多孔質金属デバイスは、約５ＭＰａを超える、他の実施形態では約４０ＭＰａを超える、他の実施形態では１００ＭＰａを超える引張力に耐えることができる。いくつかの実施形態では、多孔質金属デバイスは、約１ＭＰａを超える、他の実施形態では８００ＭＰａを超える圧縮力に耐えることができる。
【００３７】
多孔質ニッケルチタン構成要素を改質するための処理
構成要素は、その毛管現象及び／又はその形状を含むがこれらに限定されない、その性質を変更するための１つ以上の処理を施され得る。毛管現象は、多孔質構成要素が液体（例えば、水）を吸収し、且つ／又は湿潤表面を有する機能を指す。
【００３８】
多孔質構成要素を１つ以上の液体、例えば酸及び他の溶媒で処理することでその毛管現象を変化させることができ、この変化は、永久又は一時的であり得る。時間、温度及び液体の濃度などのパラメータを変化させることにより、構成要素の気孔率及び孔サイズを、構成要素が骨の内部成長により適したものになるように変更することができる。
【００３９】
いくつかの場合、構成要素の表面の汚染物質、例えば天然酸化物及びＥＤＭ又は従来の機械加工後に残った不純物を除去するために化学的処理が用いられる。
【００４０】
構成要素の特性を変化させるために、例えば、その耐食性、及び／又はその気孔率、及び／又はその形状を変化させるために用いることができる他の処理としては、電解研磨、電解めっき、酸エッチング、フォトエッチング、マイクロブラスト、グリッドブラスト、サンドブラスト、表面被覆、例えば窒化及び／又は炭化、熱処理、プラズマコーティング、不動態化（熱的又は化学的）、陽極処理、ディップコーティング、スパッタコーティング、酸エッチング、非エッチング溶媒洗浄、アセトン（又は他の溶媒）浸漬、アルカリ洗浄剤、フライス加工、旋盤加工、レーザ切断、ワイヤ及び形掘り放電加工（ＥＤＭ）並びに付加製造が挙げられる。ＥＤＭ加工の例としては、ニッケル−チタンワイヤを用いて多孔質金属構成要素への不純物の導入を最小限にすることが挙げられる。銀コーティングは、電解めっき又はスパッタコーティングによって適用され得る。
【００４１】
処置により、構成要素を全く除去することなく構成要素の表面エネルギーを増加又は減少させることができる。表面エネルギーを増加させると、構成要素の表面と水との間に強い相互作用を生じさせる一方、表面湿潤性及び多孔質構成要素の毛管現象が増加する。これにより、構成要素に対する細胞応答を高めることができる。他の処理は、多孔質構成要素の表面エネルギーを減少させることができ、したがってその毛管現象を減少させることができる。
【００４２】
例えば、非常に強い酸処理は、表面粗さ及び表面エネルギーを増加させる。酸への長時間の曝露によって構成要素の一部を不可逆的に除去することができ、平滑面、大きい孔サイズ及び気孔率をもたらすことで材料の毛管現象に影響を及ぼす。
【００４３】
多孔質ニッケルチタン構成要素の一部又は全体に圧縮荷重を任意の方法で加えることができ、これには、一軸プレス（Ｉｎｓｔｒｏｎ、Ｌｌｏｙｄ、ベンチトッププレス）、ＣＩＰ（冷間等方圧プレス）／ＨＩＰ（熱間等方圧プレス）、ねじ転造、冷間又は熱間圧延／加工、ローレット切り、成形、打ち抜き、マイクロブラスト及び構成要素の一部分の塑性変形による雌ねじ又は雄ねじの形成が挙げられるが、これらに限定されない。このような圧縮荷重の効果は、気孔率及び孔サイズの両方が減少することである。圧縮荷重を加えることで、相互連結孔のサイズを低減し、且つ構成要素の毛管現象を低減することができる。このため、多孔質ニッケルチタン構成要素の全体的な気孔率を、構成要素に対する外部荷重の印加によって制御することができる。圧縮荷重の印加を用いて構成要素の全体又は一部の強度を増すことができる。圧縮された多孔質ニッケルチタン構成要素の毛管現象は、いくつかの場合、上で述べたものなどの化学的処理を適用することによって部分的に回復され得る。
【００４４】
多孔質金属構成要素は、構成要素の一部又は全体を強化するように加工することができる。例えば、デバイスの一部分に機械的な力を加え、孔サイズを低減し且つ／又は構成要素の一部分を圧縮することができる。機械的な力を加えるために用いることができるプロセスの例としては、成形、打ち抜き、ＣＩＰ（冷間等方圧プレス）及びＨＩＰ（熱間等方圧プレス）が挙げられる。孔サイズを低減するとデバイスの特定の領域を強化することができる。デバイスの一部分を成形するために選択的強化も用いることができる。構成要素は、ねじ山を付加するか、又は所望のトポグラフィを付加するように頭蓋インプラントを形作るような形状であり得る。選択的強化により、開孔構造をなお維持しながら、デバイスにいくらかの塑性変形又は応力硬化を付加することができる。
【００４５】
多孔質金属構成要素は、構成要素の全体又は一部を選択的に弱化させるように加工することができる。例えば、化学的処理を用いてバルク材料を選択的に除去し、その後、金属デバイスの一部分の気孔率及び孔サイズを増加させることができる。選択的強化及び選択的弱化は、多孔質金属デバイスの弾性率を変更するか又は更に調整するためにも用いることができる。
【００４６】
多孔質金属デバイスは、反応後にアニーリングすることができる。アニーリングにより、不純物、反応副生成物及び望ましくない金属相を除去することができる。
【００４７】
多孔質ニチノールの表面摩擦特性は、気孔率及び機械加工後の仕上げによって制御することができる。多孔質ニチノールの開放気孔率は、固有の耐移動性を示す。多孔質ニッケルチタン構成要素の表面摩擦特性は、植え込み時のみならず、後の結果が不満足なものとなる重大な原因である後の移動を制御するためにも脊髄インプラントにとって特に重要である。
【００４８】
多孔質ニチノール構成要素の表面は、少なくとも０．１、特に少なくとも０．５、例えば１．２以下の高い摩擦係数を呈することが好ましい。表面摩擦を変更するために種々の機械加工技術を多孔質ニチノールに対して適用することができる。固有の摩擦は、補助的な機械加工又は他の仕上げ作業によって誇張されるか又は抑えられる場合がある。機械加工法としては、マイクロブラスト／グリッドブラスト、サンドブラスト、窒化／炭化、フライス加工、旋盤、ワイヤ及び形掘りＥＤＭ（放電加工）、電解研磨及び酸エッチングが挙げられるが、これらに限定されない。これらの機械加工技術及び化学的プロセスは、表面仕上げを制御するために適用することができる。粗い表面仕上げは、耐移動性を示すのに有利な高い摩擦係数を呈する。表面仕上げは、様々な機械加工技術を適用することによって制御され得る。例えば、ＥＤＭ加工は、骨の内部成長のための開気孔を有する平滑面をもたらすことができる。いくつかの種類のＥＤＭ又は従来の機械加工は、銅、亜鉛又は他の不純物を残す可能性があり、これらは、化学的処理によって除去することができる。ＥＤＭで切断した部品の摩擦を増加するために、骨に接続する１つ又は複数の面上に刻みを作成し、デバイスの固定及び安定性を高めることができる。ＣＮＣミルでの従来の機械加工は、表面上の孔の大部分を開放した状態に維持する一方、粗面を生じさせる。
【００４９】
ニッケル−チタン構成要素の高摩擦面は、デバイスの植え込み時に補助となるだけでなく、既存のインプラント、特に脊髄インプラントを交換する必要につながるおそれのある後のインプラントの移動を最小限にするという理由で有利である。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態では、デバイスは、治療的、生物学的又は生体活性材料を含み、この材料は、好ましくは、多孔質ニッケルチタン構成要素の表面上にあり、且つ／又は多孔質ニッケルチタン構成要素の多孔質構造体内にある。この材料は、デバイスが患者に植え込まれた後、治癒並びに／又はデバイス上及びデバイス内への組織及び／若しくは骨の成長を向上させることができる。この材料は、持続放出型の材料であり得る。
【００５１】
治療薬及び生体活性薬の例としては、抗生物質、銀コーティング、腫瘍治療のための化学療法薬、生物学的製剤、成長因子、幹細胞、成長因子／ＢＭＰ（骨形成タンパク質）／幹細胞、ＤＢＭ（脱灰骨基質）／ヒドロキシアパタイト（ＨＡ）及び血小板多血漿（ＰＲＰ）、ＩＢＦ、ＴＤＲ、骨切り術用楔（ｏｓｔｅｏｔｏｍｙ  ｗｅｄｇｅ）が挙げられるが、これらに限定されない。薬物は、持続放出のために生分解性高分子と組み合わされ得る。
【００５２】
本発明のいくつかのデバイスでは、多孔質ニッケルチタン構成要素は、唯一の構造要素である。一例は、複数の個々の微粒（或いは本明細書では「ペレット」と称される）である。微粒は、生分解性高分子及び薬物と凝集して所望の形状になることができる。微粒は、哺乳動物の体内の腔に導入し、隣接する骨からこの腔への骨の成長を促進することができる。微粒は、他の移植材料、骨セメント及びデバイスの代わりに又はこれらに加えて使用することができる。微粒は、個々の微粒の疎性集合体として導入することができ、又は哺乳動物の体との融和性があり、且つ好ましくは生体吸収性の可撓性容器、例えば網内に収容することができる。一実施形態では、多孔質ニッケルチタンの複数のビーズは、例えば、高分子組成物、例えば生分解性組成物から構成されるデバイス、例えば比較的長く且つ薄い構成要素に取り付けられている。このようなデバイスでは、ビーズは、長く且つ薄い構成要素が通過する中心キャビティを有することができる。
【００５３】
微粒は、例えば、脊椎固定術、椎体欠損（例えば、腫瘍）、腫瘍置換及び上顎洞底挙上術などの処置で用いることができる。
【００５４】
以下で更に記載するように、本発明のデバイスの多くは、多孔質ニッケルチタン構成要素に加えて付加的な構造部品を含む。しかしながら、いくつかの場合、特にデバイスの強度が最も重要でない場合、以下に記載する種々のデバイスは、多孔質ニッケルチタン構成要素から本質的になり得る。
【００５５】
本発明のデバイスは、１つ以上の多孔質ニッケルチタン構成要素に加えて、有用な性質、特に構造的性質をデバイスに与える１つ以上の第２の構成要素を任意に含む。いくつかのデバイスは、少なくとも１つの第２の構成要素を含み、第２の構成要素は、多孔質ニッケル−チタン構成要素が取り付けられ、デバイスに強度及び／又は可撓性を付加する。第２の構成要素は、例えば、ニッケルチタン構成要素に比べてより剛性であり得る。第２の構成要素は、中実とすることも多孔質とすることもでき、例えば高分子組成物、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）に基づく組成物又は金属、例えば生体適合性合金、例えばニッケルチタン合金から構成することができる。適切な第２の構成要素、例えば放射線透過性の第２の構成要素を使用することは、Ｘ線撮影可視化及び／又はアンテナ増強ＭＲＩ撮像によってデバイスへの骨の成長の経過を観察することができるという利点を有し得る。
【００５６】
本発明のデバイスの例としては、ねじ；ロッド；流れ制御器；歯科ブラケット裏材；歯科インプラント；歯科インプラントマウント；臼蓋シェル；臼蓋補填物；足関節置換物；足関節固定具；骨移植片代替品；骨／縫合糸アンカー；骨固定具；頸椎、腰椎及び胸腰椎固定デバイス；ＩＢＦケージ；頭蓋プレート；顎顔面プレート；頭蓋顎顔面（ｃｍｆ）プレート；頸椎プレート；胸腰プレート；薬物／薬剤送達用デバイス；骨折プレート及びロッド；関節窩置換物；股関節ステム；干渉ねじ；脊髄内ロッド；椎弓形成プラグ及び楔；固定不全骨折；骨軟骨欠損（ねじ及びプラグ）；骨切り術用スペーサ；楔及び骨充填材；膝蓋骨置換物；椎弓根ねじ；ＯＣＤねじ；骨折固定用ねじ；舟状骨用ねじ；上顎洞底挙上術；肩部置換物；小関節関節形成術；軟組織又は組織工学用足場；腱、靭帯及び組織修復；脛骨及び大腿円錐部；脛骨トレイ；全椎間板置換術；全膝置換術；足指インプラント；腫瘍修復／切除；骨折用ロッド；骨盤骨折又は仙腸（ＳＩ）関節脱臼用固定バー；大骨インプラントの外装；腱修復（例えばＡＣＬ又はＰＣＬ内反膝）；骨又は縫合糸アンカー；椎体部分切除術；椎体置換術（ＶＢＲ）；低侵襲脊椎（ＭＩＳ）デバイス；全椎間板置換術（ＴＤＲ）エンドプレートコーティング、拡張可能ケージ；並びにＳＩ関節固定術のための髄間（ｉｎｔｅｒｍｅｄｕｌｌａｒｙ）インプラントが挙げられる。
【００５７】
一実施形態では、本発明のデバイスは、哺乳類に植え込まれる前に第１の形状、例えば弾性的に変形可能な形状を有し、植え込まれた後に例えば多孔質金属構成要素及び／又は別の構成要素の弾性回復の結果として第２の形状を有する。一実施形態では、形状の変化は、デバイスが植え込まれた後の温度の変化に応答して自発的に起こる。例えば、デバイスは、それが哺乳類に植え込まれるときには第１の温度であり、且つ第１の形状を有することができ、植え込み後、体温に加熱又は冷却されると第２の形状に自発的に変化することができる。形状の変化は、多孔質金属構成要素の形状の変化によって及び／又はデバイスの別の構成要素の形状の変化によって生じ得る。好ましくは、形状の変化は、ニッケル−チタン合金から構成される構成要素によってもたらされる。
【００５８】
一実施形態では、デバイスは、２つの構成要素、例えばデバイスの外側部分を設ける構成要素を含み、それらの相対位置は、手動で及び／又は第３の構成要素の補助によって変更することができる。例えば、デバイスの高さ及び／又は別の寸法は、デバイスが異なる寸法の多孔質ニッケルチタン構成要素を含むことができるように変更することができる。このようなデバイスの例は、図６Ａ及び図６Ｂ並びに図７Ａ及び図７Ｂに示される。
【００５９】
本明細書に開示されるデバイスは、第１の表面特性、例えば摩擦係数及び／又は吸上性能を有する第１の露出表面と、第２の表面特性を有する第２の露出表面とを含み得る。第１の露出表面及び第２の露出表面の１つ又は両方は、多孔質金属から構成され得る。
【００６０】
本発明のデバイスに関する更なる情報
デバイスは、好ましくは、隣接する海綿骨又は皮質骨の剛性と同様の剛性を呈し、耐移動性及び耐衝撃性も提供する。ＰＥＥＫ又は同様の高分子組成物から構成される第２の構成要素を用いることで、骨の内部成長及びデバイスの固定を、骨の内部成長の検査のための放射線不透過性と併せて達成するという課題を解決することが可能である。ＰＥＥＫ又は同様の高分子組成物から構成される第２の構成要素を含むデバイスは、機械的取り付け、熱と圧力とを組み合わせて加えることによる多孔質ニチノールへのＰＥＥＫのリフロー、接着剤結合、インサート成形、圧入及び超音波溶接を含むが、これらに限定されないいくつかの手法で組み立てることができる。
【００６１】
複合デバイスの種類の１つは、デバイスが植え込まれると骨に接続し、多孔質ニチノール製である１つ以上の外部表面と、非金属又は金属材料製の１つ以上の他の構成要素とを含む。骨の内部成長は、多孔質ニチノールと他の構成要素との間の接合面まで達成され得る。異なる材料の取り付けは、圧縮成形、拡散接合、レーザ溶接及び機械的取り付けを含むが、これらに限定されない任意の手法で実現することができる。
【００６２】
潜在的な利点としては、特にケージデバイスの中心キャビティ空間内部の固定のＸ線撮影可視化；全デバイスにおけるインプラントと骨との接合面を越える骨の内部成長；及び特に表面強化骨「表面成長」技術（例えば、プラズマ溶射、サンドブラスト加工した表面）と比べた場合の長期のインプラント安定性が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６３】
椎体間固定（ＩＢＦ）デバイスは、金属又は非金属材料、好ましくはＰＥＥＫから構成される第１の構成要素を含むことができ、第１の構成要素は、１つ以上の多孔質ニチノール構成要素、例えば柱が取り付けられている。取り付けの様式としては、圧入、ねじ切り及び圧縮成形が挙げられるが、これらに限定されない。多孔質ニチノール構成要素は、デバイスの高さにわたって延び、骨成長を促進することができる。多孔質ニチノール構成要素は、固定プロセスに関与することができるだけでなく、ＰＥＥＫ  ＩＢＦデバイス上のタンタルマーカとして見られるようなあらゆるマーキングデバイスの必要性を放射線透過性ケージ材料に置換することができる。相互連結した孔空間は、持続放出型の薬物送達のために又は骨成長を更に促進するために、治療薬又は生物学的製剤を装填するために使用することができる。
【００６４】
デバイスは、多孔質ニッケル−チタン構成要素の周りに滑らかなケーシング、任意に骨格ケーシング、例えばケージ又はブロックを含むことができる。ケーシングは、高分子材料（生分解性／生吸収性ポリマーを含む）及び金属材料が挙げられるが、これらに限定されない任意の適切な材料から作成することができる。ケーシングは、生分解性材料から作成することができ、及び／又は多孔質ニチノール材料は、骨成長を更に促進するための持続放出型の薬物の送達のために治療薬又は生物学的製剤を装填され得る。ケーシングは、デバイスの配置中、任意の周囲組織、器官及び生体構造を保護することができ、且つ／又はインプラント構造の完全性を提供することができ、且つ／又はデバイスを最終姿勢に「反転させる」前にデバイスの例えば側方への配置を容易にすることができる。ケーシングは、例えば、キャップを嵌めることができるか、機械的に取り付けることができるか、プラズマ溶射することができるか、拡散接合することができるか、又は圧縮成形することができる。インプラントの選択領域も圧縮成形され得、且つ／又は完全なケーシングでインプラントを取り囲むのではなく滑らかなデバイスを取り付けられ得る。
【００６５】
一実施形態では、デバイスは、多孔質ニチノールでコーティングされたエンドプレートを有する金属又は非金属材料製の拡張可能なケージを含む。多孔質ニチノールエンドプレートの取り付けは、任意の手法、例えば拡散接合、圧縮成形、機械的取り付け又はレーザ溶接によって実現することができる。
【００６６】
いくつかの実施形態、例えば独立型ＩＢＦ圧縮成形デバイスでは、デバイスは、腰椎、頸椎又は胸部椎体間固定におけるねじを配置するための穴を含む。自立型の穴は、金属又は非金属材料で作成され得る。予めねじ山が設けられた又はねじ山が設けられていない「キャップ」の機械的取り付けは、完全に多孔質のニチノールケージを使用する場合に粒子が剥離する可能性を低下させるために適用され得る。
【００６７】
多孔質ニチノール材料は、他の構成要素、例えば金属又は非金属のケージに任意の手法、例えば圧縮成形、固相接着又は機械的取り付けで取り付けることができる。ケージ材料も多孔質ニチノールであり得、ねじのための穴は、ねじ下穴として作成され得る。デバイスの最初の固定は、ＩＢＦデバイスの上部及び下部エンドプレートを雄ねじが貫通することによって達成され得る。
【００６８】
ねじと多孔質ニチノールとの間の接合面の選択的強化は、ねじがねじ下穴に通されたときに実現され、デバイスの安定性が向上する。他の利点は、インストゥルメンテーションに関連するコストの低下又は時間の減少及び患者の合併症の低減を含む。
【００６９】
本発明の一部の実施形態、例えばＩＢＦデバイスは、ＭＩＳのために互いに重ねられた複数から構成される多孔質ニチノールシートを含む。ニチノールシート間の取り付けは、機械的接続によって実現され得る。
【００７０】
いくつかの実施形態では、損傷した椎弓板を固定するために、完全に多孔質のニチノール構成要素が用いられる。ニチノール中の孔は、持続放出型の薬物送達のために又は骨の成長を更に促進するために、治療薬又は生物学的製剤を装填するために使用することができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、デバイスは、骨と接合する多孔質ニチノール外部表面材料と、同様の又は異なるコアを有する中実の又は部分的に多孔質の内部コアとを有するＳＩ関節固定デバイスである。好適な内部コア材料は、可撓性に適応するための鍛造ニチノールである。多孔質ニチノールの多孔質外部表面は、骨の成長を促進し、内部コアは、強度を提供する。多孔質ニチノール外部材料と内部コアとの間の接続は、任意の手法、例えば圧縮成形、拡散接合、圧入、セルフタッピング又はねじ切りによって実現することができる。多孔質ニチノールの相互連結した孔空間は、持続放出型の薬物送達のために又は骨の成長を更に促進するために、治療薬又は生物学的製剤を装填するために使用することができる。
【００７２】
本発明の一実施形態において、デバイスの第１表面は、骨の内部成長又は靭帯の付着を可能にする本発明の多孔質ニッケルチタン構成要素によって提供され、好ましくは、反対側の表面である第２表面は、異なる材料から構成され、軟組織、隣接する骨、生体器官及び／又は関節面に対して配置され得る平滑面を有する構成要素によって提供される。２つの構成要素は、任意の手法、例えば圧縮成形、拡散接合又は機械的取り付けによって互いに取り付けることができる。この種のデバイスは、例えば、ＴＤＲ、終板、膝蓋骨、関節窩、脛骨及び大腿顆、足関節固定術、趾／指関節、靭帯修復及び頭蓋顎顔面用途に使用することができる。
【００７３】
別の実施形態では、デバイスは、完全に又は部分的に多孔質ニチノールから作成されたねじである。多孔質ニチノールは、デバイスの接合表面に沿って配置され得る。多孔質ニチノールは、ねじの接合表面の一部又は全体を提供し得る。強度を付加するために、非金属又は金属ロッドが多孔質ニチノール材料の中心キャビティ内に配置され得る。多孔質ニチノールは、骨の内部成長を促進するために、ねじ山が設けられた又はねじ山が設けられていないスリーブの形態でねじの中間セグメントに配置され得る。ねじ山を有する又はねじ山を有しない多孔質ニチノールストリップは、内部成長及びインプラントの安定性を促進するためにデバイスの遠位方向に沿って配置され得る。多孔質ニチノールとデバイスの残部との間の接続は、任意の手法、例えば圧縮成形、拡散接合、レーザ溶接及び機械的取り付けによって実現され得る。多孔質ニチノールのねじ山は、任意の手法、例えばねじ転造、ＥＤＭ又は従来の機械加工によって作成され得、多孔質ニチノールの接合表面の選択的強化を生じ得る。この種のねじデバイスは、例えば、歯、ＡＣＬ、ＭＣＬ、ＰＣＬの再建において椎弓根ねじとして使用することができる。
【００７４】
ある処置では、多孔質ニチノールから作成されたドーナツ形の基部を含む歯科インプラントは、まず、関心領域内に圧入されるか又はねじ止めされる。基部の外部表面又は内部表面にねじ山が設けられていても設けられていなくてもよい。チタン、チタン合金、鍛造ニチノール又は他の生体適合性材料、好ましくはチタン合金から作成された歯科インプラントは、２つのねじ山直径から構成されている。遠位ねじ山は、基部の内部穴にねじ止めされ、近位ねじ山は、骨又は周囲組織に接合する。基部の外径は、近位ねじ山の直径よりも小さく、インプラントの固定を可能にする。多孔質ニチノール基部は、骨の内部成長を促進し、接合する骨に対するインプラントのより強い固定を可能にする。
【００７５】
別の実施形態では、デバイスは、ニッケルチタン合金から構成された独立型又は接続型骨ロッドである。ロッドの外部表面は、ロッドの内側よりも硬くすることができ、例えばねじ転造又はダイによる外部表面の硬化によって調製可能である。デバイスは、長骨の骨幹に生体力学的に類似し得る。好ましくは、内部多孔質ニチノールの基質は、海綿骨と同様の性質を示し、硬化させた表面材料は、皮質骨と同様の性質を示す。骨に接合する表面を硬化させることで、骨の内部成長のための開気孔を保持する。潜在的適用例としては、小骨及び大骨修復／固定、外傷、上肢及び下肢（例えば、指、趾、足関節固定デバイス、椎弓根ねじ及びロッド）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００７６】
同様のデバイスにおいて、硬化させた多孔質ニチノールは、非金属又は金属、例えばニチノールから構成された中心構成要素を取り囲む。２つの構成要素間の取り付けは、任意の手法、例えば圧入、圧縮成形、拡散接合、レーザ溶接及び機械的取り付けによって実現することができる。中心構成要素ロッドは、日常的な活動中に発生する自然な曲げに適応する。
【００７７】
別の実施形態では、デバイスは、中心ロッド構成要素と、本発明の多孔質ニッケルチタン構成要素を含む２つの端部構成要素とを含む。端部構成要素は、ロッドの外部表面上を被覆することができるか又はロッドの端部に固定することができる。デバイスは、例えば、付加的なハードウェアの固定を必要とすることなく、骨を固定し且つ／又はインプラントを安定させるために用いることができる。このようなデバイスの用途としては、例えば、ＳＩ関節固定、指／趾及び椎弓根ねじが挙げられる。
【００７８】
本発明の別の実施形態では、本発明の多孔質ニッケルチタンデバイスは、各患者専用のダイ又は型を用いて、頭蓋、顎顔面若しくは仙骨再建用又は靭帯若しくは組織修復のためのシートに特別に作成される。多孔質ニチノールメッシュの厚さは、０．５ｍｍほどに薄くすることができる。
【００７９】
材料の塊をＥＤＭ、従来の機械加工又は付加製造によって楔、ブロック、円筒状又は特別な形状に機械加工することにより、異なる形状の本発明の多孔質ニッケルチタン構成要素を作成することができる。用途としては、骨切り術、腫瘍置換、椎弓形成、骨軟骨欠損（ＯＣＤ）、脛骨、大腿円錐部、臼蓋補填物、槌状足指、眼窩修復、上顎洞底挙上術など頭蓋顎顔面欠損が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８０】
別の実施形態では、デバイスは、２方向プラグである。このようなデバイスは、例えば、槌状足指の外科的修正において有用である。槌状足指を処置するための方法の１つは、関節を互いに固定して趾が異常な方向に曲がることを阻止することである。プラグは、完全に又は部分的に多孔質ニチノールから構成され得る。プラグへの多孔質ニチノール部分の取り付けは、ねじ切り、接着、拡散接合、焼結、圧縮成形又は機械的取り付けによって実現され得る。関節の取り付けは、２つの接合部間に２方向プラグ（両円錐形）を挿入することによって実現され得る。プラグは、デバイスを関心領域に配置するための刻み、ねじ山又は他の表面特徴を有し得る。接合部は、ステープル、ブラケット、若しくは他の従来の方法によって固定され、及び／又は骨折した骨の非耐荷重固定のためのピンとして使用される。適用としては、指及び趾の小骨修復／固定が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８１】
本発明のいくつかのデバイスは、ニッケル−チタン構成要素を含み、このニッケル−チタン構成要素は、保管温度で第１の形状を、且つ第２のより高い温度で第２の形状を有する本発明の多孔質ニッケルチタン構成要素であり得る。ニッケル−チタン構成要素は、例えば、−６５℃〜５０℃、好ましくは−６５℃〜０℃の変態温度（Ａｔ）を有し得る。デバイスの形状の変化は、デバイスが植え込まれる前に起こり得るが、好ましくは、デバイスが植え込まれ、体温まで加熱された後に起こる。
【００８２】
一実施形態では、デバイスは、応力遮蔽を低減するために海綿骨の弾性率に一致する多孔質ニチノール材料から部分的に又は完全に作成された臼蓋シェルデバイスである。シェルは、半球形ブロックデバイス又は半球形構造を構成する多孔質ニチノールの個別部分のいずれかであり得る。デバイスは、異なる材料の構成要素を含む。異なる構成要素間の取り付けは、例えば、圧縮成形、拡散接合、レーザ溶接及び機械的取り付けによって実現され得る。
【００８３】
一実施形態では、デバイスは、歯科矯正のためのブラケットユニットである。ブラケットは、完全に又は部分的に多孔質ニチノールから構成され得る。多孔質ニチノールは、歯科矯正ブラケットと歯との間に接合面を提供する。多孔質ニチノールから構成されない第２の構成要素を１つ以上の多孔質ニチノール構成要素に接続させることができる。ブラケット及びニチノール構成要素は、任意の手法、例えば接着接合、機械的取り付け、拡散接合、圧縮成形、ＵＶ硬化、レーザ溶接、焼結又は他の付加製造方法（例えば、電子ビーム溶解法（ＥＢＭ）、ダイレクトメルトレーザ焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）又は選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ））によって接続することができる。ＥＢＭ又はダイレクトレーザメルト焼結などの技術を使用することで、ブラケット部分は、多孔質ニチノール薄膜を基部として用いて成長させることができる。
【００８４】
多孔質ニチノールの展性によって各歯の曲率に合致する。相互連結した孔構造は、広い表面を呈し、材料の優れた湿潤性によって接着剤を吸収し、ブラケットと歯との間により強固な結合を生じさせる。
【００８５】
いくつかの実施形態では、多孔質ニッケルチタン構成要素は、頭蓋、顎顔面又は仙骨再建のために用いることができる造形可能なシートの形態である。多孔質ニチノールは、患者専用の頭蓋、顎顔面又は仙骨再建のために解剖学的形状に密に一致させるのに有利な展性を呈する一方、骨の内部成長に適した機械的支持を提供する。幾何学的形状は、患者のＣＴスキャン又は他の手段から抽出することができ、多孔質ニチノールシートは、患者の関心領域の解剖学的構造に一致するように造形又は成形することができる。多孔質ニチノールのシートは、従来の機械加工、フライス加工及びＥＤＭが挙げられるが、これらに限定されない様々な機械加工法によって作成することができる。これらはまた、所望の最終形状に作成することができる。
【００８６】
多孔質ニチノールシートが塑性変形され、再建を所望する領域へと造形されると、塑性変形が起こった領域は、より高い剛性を呈する。バルク多孔質材料及び変形を生じさせたエリアは、選択的強化を呈する一方で流体移送のための開放気孔率を維持し、急速な骨の内部成長を促進し、インプラントを安定させる。一軸圧、静水圧圧縮成形及びダイを用いた造形が挙げられるが、これらに限定されない多孔質ニチノールの造形を実現することができる。
【００８７】
別の実施形態では、デバイスは、濾過、粒子捕捉、流れ制御、吸い上げ及びガス／液体接触用途で使用され得る流れ制御器である。流れの抵抗性に影響する平均孔サイズは、制御され得る。持続放出を短縮するか又は延長するために、水処理の場合に使用される洗浄剤又は水溶液に溶解する任意の物質が多孔質基質内に注入され得る。流れ制御器は、機械加工された穴を有することもできる。
【００８８】
本発明のデバイスの調製
本発明の多孔質ニッケル−チタン構成要素を調製する方法の１つは、燃焼合成（ＣＳ）又は自己伝播型高温合成（ＳＨＳ）である。このような方法では、２種以上の元素粉末（この場合、ニッケル粉末とチタン粉末とを含む混合物）を互いに反応させ、より安定な化合物を形成することで、反応を自己伝播させるのに十分な熱を放出する。２種の粉末の反応によって放出される熱の量は、混合物の温度を、形成される新たな化合物の融点に近づけるのに十分であることが好ましい。この方法は、圧縮粉末混合物を炉内に入れることによって開始することができる。
【００８９】
いくつかの実施形態では、圧縮粉末混合物に１種以上の更なる金属粉末を添加し、生成物の（Ａｆ）変態温度を増加又は低下させる。このような任意に添加される金属粉末の例としては、ナノ結晶ＮｉＴｉ、タンタル、ニオブ、マグネシウム、コバルト、クロム、鉄及びモリブデンの１つ以上が挙げられる。
【００９０】
いくつかの実施形態では、圧縮粉末混合物中に充填材が含まれる。充填材は、既知のサイズ及び形状を有することができ、得られる多孔質金属デバイスの孔サイズを制御可能に変化させることができる。充填材は、反応中に分解することができ、増加した孔サイズを有する多孔質金属デバイスが生じる。このような任意の充填剤の例としては、塩化ナトリウム、炭酸水素アンモニウム及び尿素が挙げられる。
【００９１】
他の実施形態では、圧縮粉末混合物又は反応プロセス中に充填剤が用いられず、圧縮粉末混合物は、ニッケル粉末及びチタン粉末から本質的になる。
【００９２】
いくつかの実施形態では、反応前に圧縮粉末混合物中に高密度又は剛性構成要素が含まれる。高密度又は剛性構成要素は、固体金属又は多孔質金属を含み得る。金属は、生体適合性合金を含み得る。金属の１つの例は、ニッケル−チタン合金である。高密度又は剛性構成要素は、固体若しくは多孔質金属又は高分子組成物、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む高分子組成物を含み得る。
【００９３】
多層連続点火プロセス（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｌａｙｅｒ  ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用することができる。例えば、第１の気孔率及び弾性率を有する小さいデバイスを作成し、その後、これを異なる粉末配合物で取り囲み且つこの異なる粉末配合物を充填し、その後、点火することができる。このプロセスは、１つ以上の更なる層に対して繰り返すことができ、各層は、互いに重ねて点火し、異なる弾性率値又は他の性質を有する層を生成する。
【００９４】
燃焼合成（ＣＳ）又は自己伝播型高温合成（ＳＨＳ）は、海綿骨及び皮質骨の両方による骨移植片に好適な多孔質ニッケル−チタンを生成するために用いることができる。
【００９５】
多孔質ニチノールは、例えば、１０〜９０％の平均気孔率、１００〜６００μｍの平均孔サイズ及び０．１〜４０．０ＧＰａの弾性率を有し得る。多孔質ニチノールの所望の気孔率は、１〜９０％において達成することができ、見かけ密度を変更することによって所望の用途に合わせて調整することができる。気孔率は、骨置換のための材料としての適切な材料特性及び機械的特性を維持するために４０〜８０％であることが好ましい。多孔質材料は、高度に結合した気孔性を有し、５０〜６００μｍ、例えば１００〜６００μｍ、好ましくは５０〜４００μｍの平均孔サイズで作成することができ、血液吸収、栄養素の輸送を補助し、且つ骨の付着及び結果的な骨の内部成長を促進する。
【００９６】
いくつかの実施形態では、圧縮粉末混合物は、多孔質金属構成要素の所望の形状を有する内容積を有する型の内部で形成される。この場合、生成物は、型の内容積に一致する所望の形状を有する。
【００９７】
焼結は、所望の形状を有するデバイスを調製する別の方法である。例えば、臼蓋シェル、増強材（ａｕｇｍｅｎｔ）又は脛骨円錐部などのデバイスは、最終形状又はほぼ最終形状へと焼結させることによって作成され得る。ニチノール粉末又はニッケル及びチタンの元素粉末のいずれかを用いて焼結を行い得る。後者は、最終形状の形態のニチノール金属間化合物を生成するための焼結を行っている間にＳＨＳが起こる「ハイブリッドＳＨＳ」プロセスである。時間、温度及び圧力を含むが、これらに限定されない変数は、プロセスを最適化するために変更することができる。従来の焼結は、元素又は化合物微粒若しくは粉末混合物に対して行うこともできる。粉末混合物は、ニチノール粉末からなり得る。最終生成物に形状記憶又は超弾性特性を組み込むために、ニチノール粉末に対して相変態温度が指定及び制御され得る。
【００９８】
型の材料は、焼結又は燃焼合成プロセスの高い反応温度に耐えなければならない。型のために選択される材料としては、ステンレス鋼、石英及びセラミックが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９９】
スペーサを用いた燃焼合成及び焼結
慎重に選択した粉末の燃焼合成又は焼結によって生成される多孔質ニチノールは、多くの場合、５０％を超える高い気孔率を呈する金属間化合物を形成する方法を提供する。合成される生成物の気孔率及び孔サイズを制御する従来の方法は、粉末の違い及びプロセス条件に分類され得る。
【０１００】
多孔質ニチノールの孔を制御及び作成する代替的方法は、混合工程中、ニッケル及びチタン粉末又はニチノール粉末混合物中にスペーサを含めることである。空間の例は、塩化ナトリウム、炭酸水素アンモニウム及び尿素である。
【０１０１】
気孔率及び孔サイズは、スペーサの量及びサイズによって変更することができる。いくつかの場合、スペーサは、最終生成物中に残留物が残らないように、燃焼合成の高い発熱反応中又は焼結プロセス中に燃え尽きる。他の場合、合成後、スペーサは、固溶化熱処理により、焼結により又は化学的に溶解される。
【０１０２】
元素ニッケル及びチタン粉末を燃焼合成によって金属基材に結合させる方法
一実施形態では、多孔質ニチノール物品は、下層の部分的又は完全に多孔質の基材に取り付けられている。
【０１０３】
慎重に選択した粉末の燃焼合成は、多くの場合、５０％を超える気孔率を有する高度に多孔質の生成物を生成する金属間化合物を形成する方法を提供する。このような多孔質構造体は、骨の内部成長及び骨の弾性率に一致させるなどの特定の医学的理由から非常に有用であるが、これらの強度及び靭性は、コバルト−クロム合金及び鍛造チタンなどの一般に使用されている整形外科材料に比べて低いことから、これらは、あらゆる目的にとって満足なものではない。
【０１０４】
本発明のいくつかのデバイスは、多孔質ニッケル−チタンから構成された構成要素と、高強度材料の基材とを含み、そのため、デバイスは、基材の強度及び靭性と多孔質材料の特性とを併せ持つ。鍛造材料は、多孔質材料と基材との間の取り付け強度を高めるために、表面上にねじ山、ローレット又は機械加工されたパターンを含み得る。多孔質材料の層は、周囲層と異なる材料及び機械的特性を有する多孔質基材に取り付けることもできる。
【０１０５】
金属基材を有するデバイスでは、基材は、任意の部分的又は完全に高密度の金属であり得るが、好ましくは、チタン又はニッケル−チタン合金又は適切な機械的特性を提供する他の材料から構成される。基材がニッケル−チタン合金の燃焼合成に関与する場合、基材は、燃焼プロセス中に溶解することを防ぐために十分に高い融点を有していなければならない。
【０１０６】
本発明のいくつかのデバイスは、部分焼結基材又は異なる気孔率を有する別の多孔質基材に隣接するニッケル−チタン多孔質層を含む。ニッケル−チタン多孔質層は、典型的には、５０％を超える気孔率を有し、且つコア基材よりも高いか又は低いかのいずれかの任意の気孔率を有し得る。好ましくは、ニッケル−チタン多孔質層及び多孔質基材の両方は、高度に結合した気孔性を有し、１００〜６００μｍの平均孔サイズを有し、血液吸収を補助し、且つデバイスへのオッセオインテグレーションを促進する。
【０１０７】
このデバイスは、機械的取り付け、熱と圧力とを組み合わせて加えることによる多孔質ニチノールへのＰＥＥＫのリフロー、接着剤結合、インサート成形、圧入及び超音波溶接が挙げられるが、これらに限定されないいくつかの手法で組み立てることができる。
【０１０８】
合成の生成物は、その形状、及び／又は表面特性、及び／又は気孔率を変化させるために、例えば上述のような更なる処理を経ることができる。
【０１０９】
本発明のデバイスは、以下の工程（ｉ）〜（ｖｉｉ）の１つ以上を含むプロセスによって任意に作成することができる。
（ｉ）予備形成された高分子構成要素を多孔質ニッケル−チタン構成要素に、これら構成要素の１つ又は両方を加熱し、これらを押し合わせることによって取り付けること、（ｉｉ）予備形成された高分子構成要素を高周波又は超音波ボンディングによって多孔質ニッケル−チタン構成要素に取り付けること、（ｉｉｉ）金属シートをその融点近傍の温度まで加熱し、多孔質ニッケル−チタン構成要素に押しつけることによって金属シートを多孔質ニッケル−チタン構成要素に取り付けること、（ｉｖ）多孔質ニッケル−チタン構成要素になる金属粉末を型に充填し、粉末に点火すること、（ｖ）多孔質ニッケル−チタン構成要素の露出表面の少なくとも一部分に放電加工を施すこと、（ｖｉ）ニッケル−チタン構成要素の露出表面に差動機械加工、差動ブラスト仕上げ又は差動放電加工を施すことで、その露出表面が第１の表面特性、例えば摩擦係数及び／又は吸上性能を有する第１のエリアと、第２の表面特性を有する第２のエリアとを含むニッケル−チタン構成要素を作成すること、（ｖｉ）多孔質ニッケル−チタン構成要素の露出表面に、電子ビーム溶解及び選択的レーザ焼結法が挙げられるが、これらに限定されない異なる付加製造方法を施すこと、及び（ｖｉｉ）同様の又は異なる材料を用いて所望の形状を多孔質ニッケル−チタン構成要素の表面上に成長させること。
【０１１０】
本発明のデバイスは、ニッケル−チタン多孔質材料から構成された第１の構成要素と、第１の構成要素に任意の手法で取り付けられており、第１の構成要素の少なくとも一部分を露出させたままにして、骨の内部成長のために利用可能にする第２の構成要素とを含み得る。
【０１１１】
第２の構成要素は、高分子組成物、例えばポリエーテルエーテルケトンからなるか又はポリエーテルエーテルケトンを含む高分子組成物から構成され得る。第２の構成要素は、例えば、成形、圧入又は圧縮成形によって第１の構成要素に取り付けることができる。第２の構成要素、第１の構成要素又は第１の構成要素及び第２の構成要素の両方は、高周波又は超音波加熱を含む任意の手法で加熱することもできる。
【０１１２】
多孔質ニッケル−チタンから構成された第１の構成要素と剛性のある第２の構成要素とを含む本発明のデバイスでは、第１の構成要素と第２の構成要素との間の接続において、例えば、ねじ並びにナット及びボルトなどの機械的接続を用いることができる。
【０１１３】
付加製造法は、多孔質ニッケル−チタン材料から構成された第１の構成要素上に第２の構成要素を印刷するために、及びこれとは反対に印刷するために実施することができ、多孔質ニッケル−チタン材料から構成された第１の構成要素は、第２の構成要素、例えば金属又は高分子ベース基材上に印刷することができる。
【０１１４】
第２の構成要素が薄膜金属シートである場合、シートは、その融点の近傍まで加熱し、その後、第１の構成要素に圧入して多孔質金属に機械的に結合させることができる。第１の構成要素及び第２の構成要素の１つ又は両方は、その後、Ｔｉ、ＣｏＣｒ又は他の材料などの基材に取り付けることができる。接合面の金属膜は、取り付けのためのより大きいフットプリント及び基材との結合融和性、例えば多孔質ニチノール又はチタン膜のチタンインプラントに対する結合融和性を提供する。或いは、金属は、融解させ、その後、多孔質金属上に噴霧するか又は注ぐことができる。他の同様の又は異なる材料を、電子ビーム溶解法（ＥＢＭ）又は選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）を用いて堆積又は成長させることができる。いずれの場合にも、インプラントに金属の層を付着させることができる。
【０１１５】
本発明のいくつかのデバイスは、自己拡張型ステントと同様にいくらかの弾性を有し得るため、デバイスは、あらゆる不整合又は空隙を最小限にするために、哺乳類のわずかにより大きい腔に植え込むことができる。他のデバイスでは、多孔質金属デバイスの外側足場は、ばねのような状態で拡張して腔の幾何学的形状のあらゆる異常に適応することができる非常に弱い高度に多孔質の表面において使用され得る。他のデバイスでは、デバイスの性質は、デバイスが、低温、例えば室温と体温との間の「熱で回復する」性質を有するように選択されるため、デバイスが腔に植え込まれた後に腔内の任意の空隙へと拡張することが可能になる。
【０１１６】
本明細書に開示されるデバイスは、アンテナの使用によって撮像の強化をもたらすことができる。例えば、アンテナ強化されたＭＲＩ撮像を用いることにより、術後に骨の内部成長を観察することができる。
【０１１７】
本発明を以下の実施例によって説明する。
【実施例】
【０１１８】
実施例１
外径０．２５０’’±０．０５’’×長さ１．５’’（外径６±１．３ｍｍ×長さ３８ｍｍ）の寸法を有する多孔質ニチノールの円筒状試料をＥＤＭ（放電加工）によって作成した。この試料は、平均気孔率６４．３％及び平均孔サイズ２１６±５７μｍを有していた。多孔質ニチノールは、弾性率（ＧＰａ）１．５６、最大引張強度（ＭＰａ）２７、気孔率（％）６４．３、孔サイズ（μｍ）２１６及び孔サイズ標準偏差（μｍ）５７を有していた。
【０１１９】
ねじ転造により、試料の一端の長さ０．５’’（１２．７ｍｍ）にわたって雄ねじを形成した。ねじ山の表面に沿った試料の局所変形により、靭性の増加、約１００μｍへの孔サイズの減少（即ち依然として好ましい孔サイズ５０〜４００μｍの範囲内にある）及び約５０％への気孔率の減少が生じた。試料の残りの１’’（２５．４ｍｍ）は、変化がなかった。
【０１２０】
実施例２
外径２０ｍｍ×長さ３８ｍｍの寸法を有する多孔質ニチノールの円筒状試料を作成した。この試料は、平均気孔率６４．３％及び平均孔サイズ２１６±５７μｍを有していた。多孔質ニチノールは、弾性率（ＧＰａ）１．５６、最大引張強度（ＭＰａ）２７、気孔率（％）６４．３、孔サイズ（μｍ）２１６及び孔サイズ標準偏差（μｍ）５７、平均気孔率６４．３％を有していた。
【０１２１】
外径２．６〜３．７ｍｍ及び深さ１３ｍｍを有するねじ下穴を最初に作成することによって雌ねじを作成した。２つの異なるタイプのねじをねじ下穴に深さ約１２．７ｍｍまでねじ込んだ。ねじの挿入によって多孔質ニチノールの内部表面に局所変形が生じ、これにより、雌ねじの内部ライニング上のねじ山パターンの局所変形が生じた。多孔質ニチノール内の２つの種類のねじのせん断強度を特徴付けるために引抜試験を実施した。結果を以下の表に示す。
【０１２２】
【表１】
2019527767.tif 000003
【０１２３】
【表２】
2019527767.tif 000004
【０１２４】
多孔質ニチノール試料と２つの被試験ねじとの間の平均せん断強度は、木ねじで５６．６ＭＰａ（即ち８，２１６ＰＳＩ）、機械ねじで４１．７ＭＰａ（即ち６，０５３ＰＳＩ）であった。多孔質ニチノールの内部表面は、塑性変形し、材料を選択的に強化した。多孔質ニチノールの内部表面は、ねじ山での引張力に対して降伏するまで高い荷重に耐えることができた。
【０１２５】
実施例３
外径１．０’’（２５．４ｍｍ）、厚さ０．２５’’（６．３５ｍｍ）を有する多孔質ニチノールの３つの試料に衝撃試験を実施し、同一の寸法及びサンプルサイズを有する多孔質チタン及びＰＥＥＫ材料と比較した。
【０１２６】
各試料に対する衝撃力を記録した。低い衝撃力読取り値は、各試料に対してハンマーによって発生させた力が変換器に伝達される前に材料に吸収されたことを示し、高い衝撃力読取り値は、材料によって吸収された力がほぼなかったか又は全くなかったことを示す。したがって、外部衝撃力が材料によって吸収され、周囲の骨に伝達される残留力が最小限になることから、骨置換のための材料は、低い衝撃読取り値を呈するべきである。結果を以下の表に示す。多孔質ニチノールは、平均的に、それぞれＰＥＥＫ試料よりも３６％、多孔質チタン試料よりも２９％低い値を示した。デバイスの耐衝撃性により、デバイスを通る力の後退端（ｒｅｃｅｄｉｎｇ  ｅｎｄ）への外力の伝達が最小限となった。
【０１２７】
【表３】
2019527767.tif 000005
【０１２８】
実施例４（毛管現象の検討）
多孔質ニチノールの毛管現象特性を測定するために検討を行った。平均気孔率は、６４％であった。開放気孔率は、６４％のうちの９５．２％であると決定された。開放気孔率の相対比率は、多孔質サンプルを脱イオン水中で飽和させ、吸収された水の合計を量ることによって決定した。多孔質ニチノールは、後のアニーリングを伴う自己伝播型高温合成又は燃焼合成による粉末冶金法によって得た。各試料は、ＥＤＭによって機械加工した。各試料は、標準的な円筒形状（φ１０．０±０．２５ｍｍ×長さ３０．０±０．１０ｍｍ）を有していた。
【０１２９】
各試料を空中に吊し、試験片の２〜４ｍｍを、所定の重量を有する貯水器中に沈めた。貯水器をはかりの上に置き、貯水器の重量を０．５秒毎に測定した。各試料に対して試験を３回行った。水の重量を体積に変換し、各試料に吸い上げられた水の総体積を算出した。結果を平均化した。吸い上げた開放体積の平均比率は、０．５秒後に約２５％、１．０秒後に約３９％、１．５秒後に約４７％、２秒後に約５５％、２．５秒後に約６０％、３秒後に約６３％、３．５秒後に約６９％、４秒後に約７５％、４．５秒後に約７７％、５秒後に約７９％、５．５秒後に約８１％、６秒後に約８３％、６．５秒後に約８７％、７秒後に約８８％、７．５秒後に約９０％、８秒後に約９３％、８．５秒後に約８６％、９秒後に約９８％、９．５秒後に約９９％及びその後に１００％であった。
【０１３０】
実施例５
平均気孔率６８．７％を有する多孔質ニチノールを用いて、平均気孔率６４．３％を有する多孔質ニチノールから構成されたコア基材に外層を設けた。外層は、弾性率（ＧＰａ）０．９３、最大引張強度（ＭＰａ）１５．１、孔サイズ（μｍ）４５６及び孔サイズ標準偏差（μｍ）１０９を有していた。コア基材は、弾性率（ＧＰａ）１．５６、最大引張強度（ＭＰａ）２７、孔サイズ（μｍ）２１６及び孔サイズ標準偏差（μｍ）５７を有していた。
【０１３１】
得られた製品は、層及びコアの両方において気孔率４０〜８０％を有していた。より高い又はより低い平均気孔率又は孔サイズを有する層又はコアの１つ又は両方を用いて同様の製品を作成することができる。孔の相互接続性は、生物学的組織の内部成長を促進し且つ流体移送を容易にする。
【０１３２】
実施例６
平均気孔率６８．７％を有する多孔質ニチノールを用いて中実ニチノール管を封入した。多孔質ニチノールは、弾性率（ＧＰａ）０．９３、最大引張強度（ＭＰａ）１５．１、孔サイズ（μｍ）４５６及び孔サイズ標準偏差（μｍ）１０９を有していた。
【０１３３】
実施例７
サンプルＡ〜Ｃは、ＳＨＳプロセスによって作成した多孔質ニチノール構成要素である。サンプルＡ〜Ｃの気孔率は、それぞれ６３±１％、６３±１％及び６８±１％である。サンプルＡ〜Ｃの平均孔サイズは、それぞれ２１１、２１３及び２０３μｍである。以下の表は、サンプルの気孔径分布、孔の特性及び機械的特性を記載する。
【０１３４】
【表４】
2019527767.tif 000006
【０１３５】
図面
添付の図面において、
参照番号１は、本発明の多孔質ニッケル−チタン構成要素を示す。構成要素には、上述のように、１種以上の治療薬又は生物学的製剤を装填することができる。
【０１３６】
参照番号２は、哺乳動物の体内に挿入され得る材料、例えば金属、例えばチタン若しくはタンタル又は高分子組成物、例えばＰＥＥＫに基づく高分子組成物、例えば放射線透過性であり、したがって、中心キャビティの内部又はデバイスの外部表面周囲における固定のＸ線撮影可視化を可能にする高分子組成物から構成された構成要素を示す。或いは、構成要素２は、（ｉ）参照番号１で示される構成要素と同一であっても異なっていてもよい本発明の多孔質ニッケル−チタン構成要素、（ｉｉ）本発明の多孔質ニッケル−チタン構成要素ではない多孔質ニッケル−チタン構成要素、（ｉｉｉ）ニッケルチタン合金から構成されておらず、任意に多孔質である構成要素から構成され得る。
【０１３７】
参照番号３は、デバイスの操作を補助するために使用され得るか、又はデバイスを所定の位置に固定するためにねじを挿入することができる穴又は凹部を示す。
【０１３８】
参照番号５は、窓を示し、この窓を通してデバイスの内部を見ることができる。
【０１３９】
いくつかの場合、デバイスの外部表面の１つ以上は、哺乳動物の体の所望の表面上におけるその保持を促進するために隆起を有しているか又は他に鋸歯状になっている。
【０１４０】
図１Ａ及び図１Ｂは、多孔質ニッケル−チタンから構成され、摩擦を促進するための隆起が形成された主面を有する低侵襲脊椎（ＭＩＳ）デバイスを示す。
【０１４１】
図２Ａ及び図２Ｂは、ニッケル−チタン構成要素が、圧入、ねじ切り又は圧縮成形によってデバイスの残部に嵌合される柱である椎体間固定（ＩＢＦ）デバイスを示す。デバイスの残部は、金属又は非金属材料、好ましくはＰＥＥＫで作成されており、骨が成長することができるキャビティを画定する。この材料は、固定プロセスに関与するだけでなく、ＰＥＥＫ  ＩＢＦデバイス上のタンタルマーカとして見えるようなあらゆるマーキングデバイスに対する必要性を放射線透過性ケージ材料に置換する。デバイスの端部は、同一であるため、デバイスは、いずれの端部からも挿入することができ、必要に応じて後に「反転される」。
【０１４２】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明のデバイスを示す。デバイスの上面及び下面は、多孔質ニチノールから構成されており、鋸歯状になっている。
【０１４３】
図４は、多孔質ニッケル−チタンケージの周りに滑らかな骨格ケーシングを有するデバイスを示す。
【０１４４】
図５Ａ及び図５Ｂは、キャビティを含み、ＰＥＥＫから構成された中心コアと、多孔質ニチノールから構成された上面及び下面とを有するデバイスを示す。
【０１４５】
図６Ａ及び図６Ｂは、デバイスの高さを変えることができ、多孔質ニチノールから構成された上面及び下面を有する伸縮式ユニット２の対を含むデバイスを示す。
【０１４６】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明のいくつかのニッケル−チタンシートを含むデバイスを示し、その高さは、シートの数を変更することによって変えることができる。
【０１４７】
図８及び図９は、例えば、損傷した椎弓板を固定するのに有用な椎弓形成デバイスを示す。デバイスは、本発明のニッケル−チタン構成要素からなり得る。周囲組織又は接合する骨の損傷を最小限にするために、デバイスの縁部のいくつか又は全てに丸みをつけることができる。
【０１４８】
図１０及び図１１は、強度を提供する別の材料のコアを取り囲むか又は部分的に取り囲む本発明の１つ以上のニッケル−チタン構成要素を含む仙腸（ＳＩ）関節固定デバイスを示す。内部コアは、例えば、可撓性に適応するために鍛造ニチノールで作成することができる。
【０１４９】
図１２は、本発明の複数の多孔質ニッケル−チタン構成要素を支持する一端を有する、例えばポリアミド又は他の高分子組成物で構成された螺旋状構成要素を含むデバイスを示す。螺旋状構成要素は、生分解性材料で作成することができる。デバイスは、椎骨高さ修復の領域内に配置することができる。
【０１５０】
図１３は、主要膝蓋骨デバイスを示す。多孔質ニッケル−チタンから構成されていないデバイスの部分は、例えば、超高分子量ポリエチレンで作成され得る。
【０１５１】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、別の膝蓋骨デバイスを示す。デバイスは、多孔質ニッケル−チタン構成要素と、適切なポリマー、例えば超高分子量ポリエチレンの基部との間に挟まれた縫合糸リングを含む。縫合糸リングは、例えば、チタン又はチタン合金から構成されている。
【０１５２】
図１５は、（１）適切な高強度の材料、例えばチタン又はチタン合金のコアと、（２）多孔質ニッケル−チタンから構成されたコアの周囲のねじ山とを含むねじデバイスである。コアは、ねじを回すのに用いることができる内部形状を有する。
【０１５３】
図１６は、図１５のデバイスに類似するが、窓５を通して観察を行うことができる窓５を含むねじデバイスである。
【０１５４】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、楔形の骨充填材を示す。２つの多孔質ニッケル−チタン構成要素間の材料は、多孔質又は非多孔質であり得る。
【０１５５】
図１８は、臼蓋シェルデバイスを示す。デバイスの平坦内部表面は、例えば、金属、高分子又はセラミック材料から構成され得る。
【０１５６】
図１９は、流れ制御器の形態の本発明の多孔質ニッケル−チタン構成要素を示す。この構成要素の製造において、平均孔サイズは、液体の流れに所望の抵抗を与えるように制御され得る。
【０１５７】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、歯科ブラケットを示す。ブラケットの基部は、本発明の多孔質ニッケル−チタンシートであり、異なる材料から構成された予め用意されたユニットに取り付けることができる。或いは、ブラケットの残部は、付加製造（例えば、ＥＢＭ又はＤＭＬＳによって作成することができる。
【０１５８】
説明
以下の説明は、本発明の特定の実施形態を記載及び定義する。
【０１５９】
説明１。ニッケル及びチタンを含む多孔質金属デバイス並びに多孔質金属デバイスの製造方法が本明細書に開示される。
【０１６０】
説明２。この製造工程で形成される多孔質金属デバイスは、約０．１〜約４０．ＧＰａの弾性率を有する、説明１。
【０１６１】
説明３。製造された多孔質金属デバイスは、約１００μｍ〜約６００μｍの平均孔サイズ、約２５０μｍ以下の孔サイズ標準偏差、約４０％〜約８０％の多孔質デバイスの平均気孔率、及び孔の約９５％超が約５０μｍ〜約１０００μｍのサイズを有することの１つ以上を含む、説明１又は２。
【０１６２】
説明４。混合されたニッケル及びチタン源は、４５〜５５原子％のチタン及び４５〜５５原子％のニッケルを含む、説明１〜３のいずれか。
【０１６３】
説明５。混合されたニッケル及びチタン源は、約５０原子％のチタン及び約５０原子％のニッケルを含む、説明４。
【０１６４】
説明６。圧縮粉末混合物を形成することは、混合されたニッケル及びチタン源に圧力を加えて、約１．２９ｇ／ｃｍ３〜約６．３９ｇ／ｃｍ３の圧縮粉末混合物の充填密度を生成することを含む、説明１〜５のいずれか。
【０１６５】
説明７。反応させることは、圧縮粉末混合物を高度に熱するか又は加熱して、燃焼合成又は自己伝播形高温合成反応を開始することを含む、説明１〜６のいずれか。
【０１６６】
説明８。反応させることは、混合されたニッケル及びチタン源の融点未満の圧縮粉末混合物内の反応温度を含む、説明７。
【０１６７】
説明９。多孔質金属デバイスを処理して所望の形状を得る工程を含む、説明１〜８のいずれか。
【０１６８】
説明１０。多孔質金属デバイスを処理して所望の形状を得ることは、以下の方法：マイクロブラスト、グリッドブラスト、サンドブラスト、フライス加工、旋盤加工、レーザ切断、ワイヤ及び形掘り放電加工（ＥＤＭ）、電解研磨及び酸エッチングの１つ以上を含む、説明９。
【０１６９】
説明１１。多孔質金属デバイスは、骨折固定用ねじ、干渉ねじ、骨切り術用スペーサ、舟状骨用ねじ、頭蓋及び顎顔面用プレート、骨折用ロッド、骨盤骨折又は仙腸（ＳＩ）関節脱臼用固定バー、歯科インプラント及びインプラントマウント、大骨インプラントの外装としての頸椎及び腰椎ＩＢＦインプラント、骨軟骨欠損のためのプラグ、ＯＣＤねじ、椎弓根ねじ、軟組織足場として又は組織工学用、腱修復用若しくは骨移植片代替品としての骨又は縫合糸アンカーの１つである、説明１〜１０のいずれか。
【０１７０】
説明１２。製造は、圧縮粉末混合物を炉内に置くことを含む、説明１〜１１のいずれか。
【０１７１】
説明１３。反応前に圧縮粉末混合物内に高密度構成要素を挿入することを更に含む、説明１〜１２のいずれか。
【０１７２】
説明１４。高密度構成要素は、固体金属又は固体プラスチックを含む、説明１３。
【０１７３】
説明１５。高密度構成要素は、多孔質金属又は多孔質プラスチックを含む、説明１３。
【０１７４】
説明１６。多孔質金属デバイスの孔サイズを増加するために及び／又は多孔質金属デバイスの表面特性を変更するために多孔質金属デバイスを電解研磨、酸エッチング又はフォトエッチングすることを含む、説明１〜１５のいずれか。
【０１７５】
説明１７。金属デバイスの耐食性を向上させるために多孔質金属デバイスを処理することを更に含む、説明１〜１６のいずれか。
【０１７６】
説明１８。多孔質金属デバイスを電解研磨、電解めっき、酸エッチング、窒化、炭化、プラズマコーティング、陽極処理、ディップコーティング及びスパッタコーティングの１つ以上によって処理することを更に含む、説明１〜１７のいずれか。
【０１７７】
説明１９。多孔質金属デバイスをアニーリングすることを更に含む、説明１〜１８のいずれか。
【０１７８】
説明２０。多孔質金属デバイスの一部分を選択的に強化することを更に含む、説明１〜１９のいずれか。
【０１７９】
説明２１。多孔質金属デバイスの一部分を選択的に弱化することを更に含む、説明１〜２０のいずれか。
【０１８０】
説明２２。デバイスの孔分布を変更するために多孔質デバイスを機械的又は化学的に処理することを更に含む、説明１〜２１のいずれか。
【０１８１】
説明２３。多孔質デバイスは、孔分布が約６０％〜約８０％になるように改質するように処理される、説明２２。
【０１８２】
説明２４。ニッケル及びチタンを含む第２の多孔質材料を多孔質金属デバイスの一部分の上に形成することを更に含む、説明１〜２３のいずれか。
【０１８３】
説明２５。第２の多孔質材料は、多孔質金属デバイスと異なる孔構造を有する、説明２４。
【０１８４】
説明２６。第２の多孔質材料は、多孔質金属デバイスよりも大きい平均孔サイズを有する、説明２４。
【０１８５】
説明２７。第２の多孔質材料は、多孔質金属デバイスよりも小さい平均孔サイズを有する、説明２５。
【０１８６】
説明２８。充填材をニッケル及びチタン源との圧縮粉末混合物で提供することを含む、説明１〜２７のいずれか。
【０１８７】
説明２９。圧縮粉末混合物は、ニッケル粉末及びチタン粉末から本質的になる、説明１〜２７のいずれか。
【０１８８】
説明３０。充填剤は、圧縮粉末混合物中に用いられない、説明１〜２７のいずれか。
【０１８９】
説明３１。処理は、多孔質金属デバイスの毛管現象を向上させる、説明１〜２８のいずれか。
【０１９０】
説明３２。多孔質金属デバイス中に治療薬を装填する、説明１〜３１のいずれか。
【０１９１】
説明３３。治療薬は、骨成長因子、銀コーティング及び抗生物質の１つ以上を含む、説明３２。
【０１９２】
説明３４。圧縮粉末混合物は、多孔質金属デバイスの所望の形状を有する内容積を有する型の内部で形成される、説明１〜３３のいずれか。
【０１９３】
説明３５。所望の形状の内容積の型によって多孔質金属デバイスを形成することを含む、説明３４。
【０１９４】
説明３６。開孔構造を有するニッケルとチタンとの多孔質混合物を含む金属デバイスであって、孔構造は、孔の約９５％超が約５０μｍ〜約１０００μｍのサイズを有する孔分布を含む、金属デバイス。
【０１９５】
説明３７。孔の約９８％超は、約５０μｍ〜約６００μｍのサイズを有する、説明３６。
【０１９６】
説明３８。孔分布は、約１００μｍ〜約６００μｍの平均孔サイズを含む、説明３５又は３６。
【０１９７】
説明３９。孔分布は、約２５０μｍ以下の孔サイズ標準偏差を含む、説明３６〜３８のいずれか。
【０１９８】
説明４０。孔構造は、約４０％〜約８０％の平均気孔率を含む、説明３６〜３９のいずれか。
【０１９９】
説明４１。金属デバイスは、約０．１ＧＰａ〜約４０ＧＰａの弾性率を有する、説明３６〜４０のいずれか。
【０２００】
説明４２。金属デバイスは、約０１ＧＰａ〜約２４ＧＰａの弾性率を有する、説明４１。
【０２０１】
説明４３。金属デバイスは、約０．１〜５．０ＧＰａの弾性率を有する、説明４１。
【０２０２】
説明４４。金属デバイスは、約０．４〜２．０ＧＰａの弾性率を有する、説明４１。
【０２０３】
説明４５。金属デバイスは、約０．１〜約２．０の摩擦係数を有する、説明３６〜４４のいずれか。
【０２０４】
説明４６。ニッケルとチタンとの多孔質混合物の一部分の上に形成されたニッケルとチタンとの混合物を含む第２の多孔質材料を更に含み、第２の多孔質材料は、ニッケルとチタンとの多孔質混合物と異なる孔構造を有する、説明３６〜４５のいずれか。
【０２０５】
説明４７。第２の多孔質材料は、ニッケルとチタンとの多孔質混合物よりも大きい平均孔サイズを有する、説明４６。
【０２０６】
説明４８。剛性構成要素を更に含み、ニッケルとチタンとの多孔質混合物は、剛性構成要素の一部分の上に形成されている、説明３６〜４７のいずれか。
【０２０７】
説明４９。剛性構成要素は、プラスチック又は金属を含む、説明４８。
【０２０８】
説明５０。金属デバイスは、哺乳動物の体内における植え込みのために適応されている、説明３６〜４９のいずれか。
【０２０９】
説明５１。金属デバイスは、ねじ又はロッドである、説明３６〜５０のいずれか。
【０２１０】
説明５２。金属デバイスは、骨折固定用ねじ、干渉ねじ、骨切り術用スペーサ、舟状骨用ねじ、頭蓋及び顎顔面用プレート、骨折用ロッド、骨盤骨折又は仙腸（ＳＩ）関節脱臼用固定バー、歯科インプラント及びインプラントマウント、大骨インプラントの外装としての頸椎及び腰椎ＩＢＦインプラント、骨軟骨欠損のためのプラグ、ＯＣＤねじ、椎弓根ねじ、軟組織足場として又は組織工学用、腱修復用若しくは骨移植片代替品としての骨又は縫合糸アンカーの１つとして構成される、説明３６〜５０のいずれか。
【０２１１】
説明５３。多孔質金属デバイスの開気孔構造の一部分内に治療薬を更に含む、説明５０〜５２のいずれか。
【０２１２】
説明５４。治療薬は、骨成長因子、銀コーティング又は抗生物質の１つ以上を含む、説明５３。
【０２１３】
説明５５。金属デバイスは、４５〜５５原子％のチタン及び４５〜５５原子％のニッケルを含む、説明３６〜５４のいずれか。
【０２１４】
説明５６。金属デバイスは、約５０原子％のチタン及び約５０原子％のニッケルを含む、説明３６〜５４のいずれか。
【０２１５】
説明５７。金属デバイスは、実質的に固体金属又はプラスチック製の同様の形状のデバイスに比べて向上した耐衝撃性を有する、説明３６〜５６のいずれか。
【０２１６】
説明５８。金属デバイスは、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）製の同様の形状のデバイスの耐衝撃性の半分未満の耐衝撃性を有する、説明５７。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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